博世:燃料电池动力总成是零排放出行的未来

来源:中国氢能源网 2020-09-11

据国外媒体报道:电动汽车的发展速度越来越快,它是减少交通产生的二氧化碳排放的重要途径。但是,仅用动力电池驱动40吨重的重型卡车进行长距离行驶,其经济性如何?考虑到电池重量、较长的充电时间以及当今技术的局限性,动力电池电动系统并不是重型卡车的首选。

不过在不久的将来,即使是40吨级的卡车,也能以全电动模式行驶一千多公里。这其中的关键是博世燃料电池动力系统。当使用可再生能源生产的氢气作为动力时,这种动力系统可以实现货物和商品的气候中立运输。博世正朝着这个方向迈出第一步:开发燃料电池动力系统,重点是卡车应用,该公司计划在2022-2023年开始生产燃料电池重卡。一旦燃料电池动力系统在卡车上站稳脚跟,博世燃料电池动力系统将越来越多地应用于乘用车,理所当然地成为未来动力系统组合中不可或缺的一部分。

博世:燃料电池动力总成是零排放出行的未来

氢燃料电池技术构成未来出行的关键组成部分的七个原因如下:

1)气候中和(调和气候危机)

在燃料电池中,氢气与周围空气中的氧气反应。该反应释放的能量转换为电能,用于驱动。热量和纯水是反应的其他产物。而氢气是通过电解获得的,由可再生能源产生的电能使燃料电池动力总成完全不受气候影响。特别是对于大型、重型车辆,如果将生产、运行和处理过程中的二氧化碳排放量加在一起,燃料电池的碳足迹比单纯的动力电池系统要好很多。燃料电池汽车除了氢气罐之外,只需要一个小得多的电池进行中间缓冲储存。这就大大降低了它们在生产中的碳排放量。

2)潜在的应用

氢气具有很高的能量密度。一公斤氢气的能量相当于3.3升柴油的能量。一辆乘用车要行驶100公里,只需要1公斤左右;一辆40吨重的卡车则需要7公斤左右。与柴油或汽油一样,只需几分钟就能将空的储氢罐装满并继续行驶。在欧盟资助的H2Haul项目中,博世目前正与其他公司合作,建立一支小型燃料电池卡车车队,并将其投入道路。除了移动应用,博世还在开发采用固体氧化物燃料电池(SOFC)技术的固定应用燃料电池堆。它们的一个预期用途是作为城市中的小型分布式发电站、数据中心和电动汽车的充电点。能源和钢铁行业也在计划利用氢气。

3)效率

动力总成的生态友好性和盈利能力的决定性因素之一是其效率。燃料电池汽车的效率比内燃机汽车高出约四分之一。采用换能制动系统可进一步提高效率。由于能源生产和能源需求在时间和地点上并不总是一致的,风能和太阳能发电厂的电力往往因为找不到消费者,无法储存而得不到利用,这就是氢气的用武之地。剩余的电力可以采用分散生产的方式,随时进行灵活的储存和运输。

4)成本

随着生产能力的扩大和可再生能源发电价格的下降,绿色氢气的成本将大大降低。由90多家国际公司组成的氢能委员会(Hydrogen Council)预计,许多氢气应用的成本将在未来十年内下降一半,使其与其他技术相比具有竞争力。博世目前正与初创公司Powercell合作开发燃料电池的核心—电堆,并使其为市场做好准备,随后将进行制造。

5) 基础设施

目前的加氢站网络并不能提供完整的覆盖范围,但欧洲约180座加氢站已经足以满足一些重要运输路线的需求。许多国家的公司都在合作推进扩张加氢网络,并且通常都得到国家补贴的支持。在德国,政治家们也认识到了氢在经济脱碳方面的重要作用,并将其纳入国家氢能战略。例如,到2020年底,H2 Mobility合资公司将在德国建造大约100个公共加氢站,而欧盟资助的H2 Hail项目不仅在卡车上,而且还在计划路线上所需的加氢站上开展工作。日本、中国和韩国也有全面的支持计划。

6) 安全

在汽车中使用气态氢是安全的,不会比其他汽车燃料或电池更危险。储氢罐不会增加爆炸风险。虽然氢气和氧气混合燃烧,二者的混合物超过一定的比例是爆炸性的。但氢比空气轻14倍,因此极易逃逸。例如,任何从汽车储氢罐中逸出的氢气,其上升速度都会超过它与环境中的氧气反应的速度。在2003年美国研究人员对一辆燃料电池汽车进行的火灾测试中,曾发生过闪电火灾,但很快又熄灭了,车辆基本没有受损。

7)时机

氢气生产是一个成熟的、技术简单的过程。这意味着它可以迅速提高产量,以满足更高的需求。此外,燃料电池现在已经达到了商业化和广泛使用的必要技术成熟度。根据氢能委员会的报告,只要有足够的投资和政治意愿,氢能经济可以在未来10年内具有竞争力。